吳 超 李 雅 張聯(lián)禾

（中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院，陜西 西安710089）

1 國(guó)外狀態(tài)維修的發(fā)展趨勢(shì)

“基于狀態(tài)的維修”是美軍20世紀(jì)末提出并于21世紀(jì)初開(kāi)始大力推行的一種維修思想，國(guó)際上對(duì)狀態(tài)維修（Condition Based Maintenance，CBM）的定義是：通過(guò)測(cè)量裝備的工作狀態(tài)，構(gòu)建一套裝備的維修策略，以預(yù)計(jì)裝備在未來(lái)工作是否正常。狀態(tài)維修的目的是將以信息技術(shù)為代表的各種高新技術(shù)應(yīng)用到維修的全過(guò)程，從而提高維修工作的效率與效益，實(shí)現(xiàn)維修方式的全面變革。近年來(lái)，狀態(tài)維修（CBM）是美國(guó)國(guó)防部近年來(lái)全面推行的維修策略，并加以擴(kuò)展稱(chēng)為CBM＋，在CBM的目標(biāo)、環(huán)節(jié)、工作過(guò)程等方面美軍進(jìn)行了系統(tǒng)的研究工作，并且在F－35、F－22等飛機(jī)上開(kāi)展了“增強(qiáng)型基于狀態(tài)的維修”試點(diǎn)工作，同時(shí)，美軍各軍種都提出了狀態(tài)維修技術(shù)若干倡議，開(kāi)展了若干項(xiàng)目，并取得了重大進(jìn)展。美軍新一代戰(zhàn)斗機(jī)F－22的機(jī)載維修系統(tǒng)具備了狀態(tài)監(jiān)控、預(yù)兆、故障診斷與隔離、故障恢復(fù)、故障評(píng)估與報(bào)告等功能，可在飛行過(guò)程中精確定位故障，科學(xué)評(píng)估故障對(duì)當(dāng)前飛行任務(wù)的影響，并能通過(guò)改變路徑、降低功能等方式減少故障的影響。同時(shí)，該系統(tǒng)還能將評(píng)估結(jié)果傳送給地面的自動(dòng)化維修保障系統(tǒng)，并通過(guò)聯(lián)合分布式信息系統(tǒng)傳輸給工業(yè)部門(mén)、裝備管理機(jī)構(gòu)和維修中心，由后者共同協(xié)商并做出維修決策，進(jìn)而在故障發(fā)生之前排除故障。

隨著裝備日趨復(fù)雜，信息化程度不斷提高，維修工作重點(diǎn)已由傳統(tǒng)以機(jī)械修復(fù)為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)閺男畔ⅲㄑb備狀態(tài)監(jiān)控信息，故障檢測(cè)、隔離和預(yù)測(cè)信息，維修資源信息等）的獲取、處理和傳輸并做出維修決策為主。從CBM在美軍裝備維修中的應(yīng)用情況看，CBM大大提高了裝備的戰(zhàn)備完好性，顯著降低了維修費(fèi)用，是實(shí)現(xiàn)武器裝備精確維修的重要途徑。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)維修介紹

任何裝備發(fā)生故障前均有征兆，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，如發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)聲音異常、滑油金屬屑異常變化、軸承振動(dòng)值偏離正常區(qū)間等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)由正常到發(fā)生故障的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，其狀態(tài)信號(hào)有一個(gè)發(fā)展變化的過(guò)程，這種潛在的過(guò)程如圖1所示。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)故障過(guò)程狀態(tài)變化示意圖

航空發(fā)動(dòng)機(jī)基于狀態(tài)的維修工作流程如圖2所示。狀態(tài)監(jiān)測(cè)階段主要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)部件的狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集、處理和特征量提取與處理，并判斷特征值是否超出門(mén)檻值，若未超出，則繼續(xù)進(jìn)行信號(hào)采集，若超出則直接進(jìn)入下一階段；故障診斷與預(yù)測(cè)階段主要判斷故障類(lèi)型，若為潛在故障，則預(yù)測(cè)剩余可用壽命，否則即為功能故障；維修決策階段，根據(jù)狀態(tài)信息和壽命預(yù)測(cè)確定是否進(jìn)行維修，何時(shí)進(jìn)行維修，進(jìn)行什么樣的維修。最后，制定維修計(jì)劃并實(shí)施維修活動(dòng)。

圖2 狀態(tài)維修流程圖

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)維修平臺(tái)

目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)試飛期間普遍依據(jù)預(yù)防性維修工作項(xiàng)目，在飛行前、飛行后、定檢等工作項(xiàng)目中實(shí)施維修工作，進(jìn)行日常維護(hù)保障。發(fā)動(dòng)機(jī)如果試飛或地面試車(chē)過(guò)程中出現(xiàn)故障，保障人員依據(jù)技術(shù)資料、維修經(jīng)驗(yàn)等進(jìn)行系統(tǒng)或部件的修復(fù)，或直接更換故障部件進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)性維修工作，發(fā)動(dòng)機(jī)一旦出現(xiàn)較大故障，故障無(wú)法定位、難以修復(fù)則會(huì)延誤飛行計(jì)劃，影響型號(hào)飛機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的定型鑒定工作，從而會(huì)增加型號(hào)的研制周期。因此，航空發(fā)動(dòng)機(jī)試飛階段迫切需要建立狀態(tài)維修平臺(tái)，CBM系統(tǒng)平臺(tái)主要包括：發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、飛行后數(shù)據(jù)處理工作站、地面維修工作站、CBM數(shù)據(jù)庫(kù)、工程分析技術(shù)中心5個(gè)部分。航空發(fā)動(dòng)機(jī)CBM系統(tǒng)平臺(tái)如圖3所示。

圖3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)CBM系統(tǒng)平臺(tái)

型號(hào)定型／鑒定試飛階段，建立航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)維修系統(tǒng)平臺(tái)，主要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理與分析、維修決策活動(dòng)等工作。

（1）數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)與采集。CBM系統(tǒng)平臺(tái)主要數(shù)據(jù)來(lái)源包括：飛參數(shù)據(jù)，發(fā)參數(shù)據(jù)，飛行中遙測(cè)與監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中EICAS數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)地面試車(chē)、定檢數(shù)據(jù)，飛行后滑油油液檢查信息，啟動(dòng)聲音信息，振動(dòng)信息等。試飛期間發(fā)動(dòng)機(jī)主要監(jiān)測(cè)油門(mén)桿角度、發(fā)動(dòng)機(jī)高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口溫度、燃燒室出口溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣振動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)滑油壓差、加力信號(hào)、渦輪冷卻系統(tǒng)接通信號(hào)、防冰信號(hào)、起動(dòng)信號(hào)、訓(xùn)練與狀態(tài)信號(hào)，同時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要故障信號(hào)，如發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障、燃油滑油系統(tǒng)故障、調(diào)節(jié)器故障、停車(chē)、發(fā)動(dòng)機(jī)火警、高低壓壓氣機(jī)導(dǎo)向葉片調(diào)節(jié)故障等。

（2）數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸?shù)那腊↖ETM（交互式電子技術(shù)手冊(cè)）、PMA（便攜式維修輔助裝置）、ATE（自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備），與機(jī)上接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)可利用商業(yè)衛(wèi)星、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，GDAS、ADAS、TDAS遙測(cè)數(shù)據(jù)，遙測(cè)車(chē)監(jiān)控，無(wú)線電臺(tái)等。

（3）數(shù)據(jù)處理與分析。數(shù)據(jù)提供給CBM數(shù)據(jù)庫(kù)，供試驗(yàn)與鑒定單位、設(shè)計(jì)單位、制造單位的工程技術(shù)人員進(jìn)行分析和處理。同時(shí)，數(shù)據(jù)提供給保障資源管理中心、地面維修工作站等，以方便不同的部門(mén)預(yù)先進(jìn)行維修與保障資源規(guī)劃。接收數(shù)據(jù)的有關(guān)部門(mén)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，主要包括疑難故障問(wèn)題的技術(shù)分析、備件保障分析、維修保障人員人力分析、維修方案分析以及其他方面的分析等。

（4）維修決策活動(dòng)。主要包括：維修方案制定、模擬維修訓(xùn)練、保障資源預(yù)先準(zhǔn)備、針對(duì)零部件缺陷的設(shè)計(jì)更改、備件儲(chǔ)存與供應(yīng)等。

4 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)目前主要從事?tīng)顟B(tài)維修相關(guān)的理論研究，在后續(xù)型號(hào)研制中提出了基于PHM的自主保障系統(tǒng)，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)維修的工程應(yīng)用提供了技術(shù)條件，從我國(guó)航空裝備的發(fā)展來(lái)看，實(shí)施狀態(tài)維修是裝備維修技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)的心臟，其可靠性水平較高。開(kāi)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)維修技術(shù)研究，一方面可以為型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)維護(hù)工作提供一定的技術(shù)支持，從而大大縮短發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)維護(hù)的工作量；另一方面根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)實(shí)際的故障發(fā)生規(guī)律，可以形成相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)維修策略，為型號(hào)交付部隊(duì)后發(fā)動(dòng)機(jī)的外場(chǎng)維護(hù)提供一定的參考。同時(shí)，航空發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)維修相關(guān)技術(shù)可以應(yīng)用于飛機(jī)整機(jī)及其他系統(tǒng)，從而極大地提高飛機(jī)整機(jī)的戰(zhàn)備完好性。

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